JPS5912923B2 - 復水浄化装置の等流量制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、複数個の復水浄化塔（脱塩塔またはフィルタ
）を有する復水浄化装置において、各基の運転差圧の相
違による流量アンバランスを防止する等流量制御装置に
係り、特に復水流量の急変時に母管差圧が一時的に急増
して下流ポンプがキャビテーション運転に至るのを防止
する機構に関する。

火力プラントや原子カプラントにおいては、ボイラ又は
原子炉への不純物流入を最少限に抑えるため、復水系統
に復水浄化装置が設置される。

第１図は火力プラントにおける復水給水系統の構成を示
す図である。

低圧タービン１の排気を凝縮する復水器２より低圧復水
ポンプ３で抽出された復水は、各種冷却器４を経て復水
浄化装置５にて浄化された後、高圧復水ポンプ８に送水
される。

高圧復水ポンプ８で昇圧された復水は低圧給水加熱器９
を経て給水ポンプ１０にてさらに昇圧され、高圧給水加
熱器１２を経てボイラ１３に供給される。

ボイラ１３への給水制御は、給水調整弁１１によって行
なわれるが、給水ポンプ１０がタービン駆動の場合は回
転数そのものによって制御される。

前記復水浄化装置５は、並列に設置された複数個の浄化
塔６（これは精密沢過を行なうフィルタまたはイオン交
換を行なう脱塩塔で構成され、場合によっては両者を兼
用する脱塩式フィルタで構成されることがある）と、各
浄化塔に直列に接続して設置された等流量制御弁７とか
らなる。

このように浄化塔が複数個設置されるのは、この復水浄
化装置を常時稼動状態にしておくためである。

すなわち、フィルタ等は、長時間の運転により目づまり
を生じるので、交換あるいは浄化しなければならないが
同時期に設置し同時期に交換等を行なうこととなると、
プラントの運転上支障を来たすので、プリコート時期を
各浄化塔についてずらし、１個は非稼動としておき、最
も長く使用しているものに定換の時期が来ればその浄化
塔の運転を停止し、非稼動のものを稼動状態とするもの
である。

次にこの復水浄化装置５において等流量制御弁１を設置
する理由は次のとおりである。

第２図に示すように、複数個の浄化塔を同時運転する場
合、第１図の浄化塔Ａ−Ｆのうち、運転日数がＡ、Ｂ。

Ｃの順に長いとすると、同じ流量（図示の場合は流量１
００％）を流した時は塔の入口と出口との差圧（塔差圧
）は運転日数が長い程犬となる。

従つて何ら流量調整手段を持たないとすれば、差圧の少
ない塔のみに流量が片寄り、全塔が同時に差圧ブレーク
する可能性がある。

そこで各浄化塔に対して等流量制御弁１を設け、第３図
に示すように、塔差圧が犬なる塔の等流量制御弁はど弁
開度を犬として弁による圧力損失を小とすることにより
、各浄化塔に同流量の復水が流れるようにしているので
ある。

またこの等流量制御装置は、母管差圧を最小にすること
となる。

このような構成において、等流量制御装置は、復水浄化
装置のローカル制御であり、給水の制御を行なう給水調
整弁と無関係に制御されるため、後に第４図を参照して
説明する如く系統流量の急変があった場合、これに追従
できず−・ンチングを起こし、一時的に母管差圧が増大
する過渡現象を呈する。

この場合、下流側ポンプ８，１０は所要吹込圧力が確保
されず、キャビテーション運転に至り、ボイラ又は原子
炉へ給水を供給できなくなり、ユニットの停止に至ると
いう事態に至る。

本発明の目的は、上記したような復水流量急変時にも母
管差圧の増大を防止し、下流ポンプの吹込圧力を確保し
てキャビテーション運転を防止することにある。

本発明は、復水流量が急変するような先行信号により等
流量制御弁の開度を所定開度に保持するインターロック
機構を設けたことを特徴とする。

第４図は本発明による制御系を組み入れた等流量制御弁
口りの制御系を示す図である。

６は前記浄化塔、１は等流量制御弁、１５は復水大口弁
、１６は復水出口弁であり、これらは復水入口母管１４
と復水出口母管１７との間に複数系列設置され、各系列
の流量は、流量伝送器２０で検出されるように構成され
ている。

これらの全系列に対して並列に、浄化塔の差圧が異常に
上昇した際に使用する復水バイパス管１８、バイパス弁
１９が設置されている。

２１〜２８は等流量制御弁１を制御して各系列Ａ、Ｂ・
・・に等流量を流す制御系であって、２１は流量コント
ローラ、２２はマスターコントローラ、２３は低値選択
器、２４．２５は二方口電磁弁、２６は二方口電磁弁、
２７は等流量制御弁７を制御するスピードコントローラ
、２８はボリュウムチャンバである。

この制御系の動作は次のとおりである。

流量伝送器２０の出力信号は、流量コントローラ２１の
入力信号となり、その出力信号は低値選択器２３０組合
せによるトーナメント方式により、最小信号がマスター
コントローラ２２０入力信号となる。

マスターコントローラ２２の設定信号は塔差圧最大の系
列にある等流量制御弁Ｔの開度を規定開度９０〜１００
％とするような一定値である。

マスターコントローラ２２の出力信号は各系列の流量５
ントロー２２１の設定信号となる。

第４図中、ａｌは空気圧であって、その時点で必要な弁
７の開度を定めるものである。

この等流量制御弁１は、空気圧ａ□が低い時、ミニマム
で全開になるように、通常、設定されている。

２３は低値選択器ＬＳであり、ここに入った空気圧の内
、低い方をセレクトする。

即ち、弁開度を大きくする方がセレクトされて、その空
気圧がマスターコントローラＭＣ２２に入る。

今、系列Ａが目詰りしたとして、その場合の等流量制御
につき、説明する。

即ち通常運転時の制御動作として、採水中のＡ系列にそ
の浄化塔の目詰りが生じて、その塔差圧が増加し、その
時他系列の差圧変化に比較して最大になったとする。

この場合に次のような動作がなされる。

差圧増加と同時に流量も小さくなっているから、その流
量（マスターコントローラ２２の手動設定信号ａ２に対
応する流量より小）が流量検出器２０により検知されて
、検知流量に対応する信号ａ１′に換算されてこれと設
定信号ａ２との偏差ａ １”ａ ２が検知される。

この時該偏差を小さくするようにマスターコントローラ
２２が一時的に作動して、流量を定める空気圧ａ□を大
ならしめ、弁７の開度を大きくする。

しかしＡ系列の復水量が減少して現に信号ａ□′に対応
する流量になっている結果、Ａ系列の流量伝送器２０か
らの流量コントローラ２１への入力信号も減少し、出力
信号は減少して、従って低値選択器２３はトーナメント
方式により他系列の流量コントローラの出力信号をカッ
トし、Ａ流量コントローラ２１の出力信号を選択する。

よってマスターコントロー２２２の入力信号ハ、Ａ流量
コントロー２２１の出力信号 、／となり、マスターコ
ントローラ２２の手動設定信号ａ２と比較されて出力信
号を出す。

ａ１’（ａ２であるから、ここでマスターコントローラ
２２の出力信号は減少し、結局各流量コントローラの設
定信号を下げるように働（。

よって設定信号がａ２からａ１′に減少させられた結果
、ａ１＝ａ２′（ａ２′を減少後の設定信号とする）と
なって、バランススルのである。

逆に負荷増等によって流量が増加して、ａ１′〉ａ２と
なった場合、前述の如く設定流量はマスターコントロー
ラ２１によってａ□′に合わせて犬ならしめられ、ａ１
′＝ａ２′（〉ａ２）となってバランスする。

ここでもＢ系列以下の他系列の復水流量はマスターコン
トローラ２１からの流量設定信号に規定されて、Ａ系列
と同一流量でバランスする。

この時も母管差圧は同様に安定して平衡する。

即ちまとめると、系列Ａが目詰りしたとすると、この場
合弁７の開度は大きくなる。

つまり設定信号ａ２を９０°に設定した場合を考えると
、信号ａ１′とａ２とを比較換算して、結局、低値であ
るａ１′に合わせて設定信号が出力されることになる。

この設定信号は、流量コントローラＦＣ２１に行く。

ここで流量コントローラＦＣ２１における流量設定信号
と、実際の流量に対応する信号とがつきあわされること
になる。

即ち、流量検出器２０で実測して得た実際の流量を示す
信号と、流量コントローラＦＣ２１で設定された信号と
がつきあわされ、演算され、これが等しくなるように、
弁Ｔの開度を設定するようにする。

なおこの時、信号ａ□′は、そのために演算された信号
で、単純な差というものではない。

上記により、目詰りのもの（この場合の例ではＡ系列）
が、最初の開度設定例えば９００に相当する流量が保持
されるように、弁開度が定められ、結局当初の開度９０
°におけると同様の流量でバランスすることになる。

この流量で、他の系列もこれと等しいものとして、バラ
ンススル。

結局例示の如くＡ系列の浄化塔の差圧が最大とすると、
該系列の等流量制御弁が９０％開度であり、 Ａ系列流量×使用系列数−プラント復水量となるような
母管差圧に落着き、かつ各系列は等流量でバランスする
ことになる。

この場合、上流と下流との差圧が変わらないと仮定すれ
ば、流量は従前と変わらないもので保持されるというこ
とである。

もし上流と下流との差圧がかわれば、全体の流量もかわ
るし、各系統の流量が小さくなることもある。

しかし、上記の作用によって、流量は、各系統とも、当
初設定の流量ですべて等しく、バランスすることになる
。

一方、塔差圧最大すなわち等流量制御弁開度が最大の系
列において、塔差圧が増加した場合、最大開度の等流量
制御弁はもとの規定開度を維持し、他系列の各制御弁は
その流量特性に従って開度を減少し、塔差圧の増加分だ
け母管差圧が増加する。

また上記以外の系列の塔差圧が増加した場合、最大開度
以外の各等流量制御弁はその系列の塔差圧如何で各々制
御を行なっているが、この制御信号はマスターコントロ
ーラには影響を及ぼさず、その系列のローカル制御のみ
でバランスする。

マスターコントローラ２１び流量コントローラ２１の比
例帯、積分時間は最適制御となるように設定値を決めら
れ、さらに応答性を良くするためスピードコン”ドロー
２２１、ポリウムチャンバ２８が設けられているのであ
る。

ところが、上述の制御は上記説明からも明らかなように
、空気圧ａ１を変化させることによるフィードバック制
御なので、空気による時間遅れは避けられない。

つまり、空気圧による伝達は比較的ゆっくりしているの
で、急変にすぐには追従できないという問題がある。

即ち、上述の構成だけであれば、実際には流量を増加さ
せるべ（弁Ｉが開かなければならない時に、流量検出器
２０が見かけ上の流量増加を検出して、これに基づき弁
７が閉じる方向に動作されて、キャビテーションなどの
トラブルを起こすことがある。

復水流量減少の方向での動作がなされるのは、復水流量
急増の場合と同じく急減の場合である。

急減の時は、フィードバックに時間がかかつても、弁開
度が大きくなるのが多少遅れるだけなので、さほど問題
はない。

しかし復水流量急増の時は、本来、流量を大きくして復
水を流してやらなければならないのに弁７が一時的にし
ても閉じる方向で動作するのは、きわめて問題である。

例えば流量減少の場合として、低圧復水ポンプ３がトリ
ップして、復水流量が減るというケースがあるが、この
時は弁１を閉じるのが少し遅れても、さほど重要なトラ
ブルとは言えない。

しかし流量急増の場合、例えばボイラー１３が原子炉で
あって、該原子炉がスクラムした時などは、給水を増大
させて流量急増させて、これに対処しなければならない
が、この場合には、給水増大のため給水ポンプ１０を急
に上げてやることになる。

ところが、給水ポンプ１０をこのように急に上げると、
この結果給水は当然多くなり、これが一時的な流量増加
として、流量検出器２０により検出される。

この結果、上記した等流量制御機構によって、弁Ｉが閉
じる方向で作動されてしまう。

即ち、復水流量を増大させなければならない事態なのに
、そのための弁７を開とすべき旨の信号が至る前に、給
水増加が検知されて、一時的に弁７が閉じてしまうこと
があるのである。

本発明はかかる事態を防止すべく、インターロック機構
を設けて、弁１の開度を保持しようとするものである。

具体的には、流量急変を検知して、その流量急変の先行
信号Ｓを用いて、この信号Ｓにより、電磁弁２４．２７
を介し、等流量制御弁Ｉをその時点（７）開度にロック
してしまうのである。

即ち、上記の原子炉スクラムの場合も、このインターロ
ック機構を設けたことによって、その時点（急変時点）
の開点に弁１は保持され、給水ポンプ１０を急に上げて
給水流量を上げても、これにより弁７が閉じるという不
都合は回避されるのである。

その後、前記した制御により、徐々に給水は上がって行
き、流量コントローラＦＣにより、所定の流量に制御さ
れる。

なお、電磁弁２４は、復水流量急変の先行信号Ｓもしく
は従来から備わっている母管差圧検出器４２が母管差圧
が所定値以上であることを検出した時にタイマー４１を
通した制御信号で等流量制御弁７への流量コントローラ
２１からの操作信号を遮断し、空気圧喪失で全開位置に
するものである。

また、電磁弁２５及び２６は採水していない予備フィル
タの等流量制御系をマスターコントローラ２２と隔離し
ておくもので、等流量制御弁７へは電磁弁２５を経て全
閉信号が与えられる。

また、第４図の構成は、流量急変の先行信号Ｓを加えな
いこととした場合にも、等流量制御装置としてはこれで
通常の負荷変動に伴なう流量変動に十分対応できる。

しかし上述の通り、空気圧ａ０のフィードバック制御は
敏速ではないため、給水制御系の応答性によりあまりに
速い流量変化、すなわち２５襲／秒というような流量変
化に対応できず、第５図に示すような・・ンチング現象
が生ずるわけである。

これは、下記の表に示す如く、過渡時の最初の制御動作
は一時的にローカル制御となり、前述の如ぐ復水流量が
増加しても等流量制御弁は閉方向に動作してしまうとい
う逆の現象を示すためである。

より具体的に説明すると、給水制御系からの信号により
復水流量ｆが変化する場合、マスターコントロセラ２２
の出力信号ａは徐々に変化するが、流量コントローラ２
１の出力信号すはバンチングし、これに従って等流量制
御弁７の開度Ｃも・・ンチングする。

塔差圧ｄは流量増加に伴つ℃一時的に増加する。

しかし母管差圧ｅは等流量制御弁開度が小さくなった上
に今まで以上の流量を通水しようとするため、第３図に
示したように等流量制御弁や圧力損失が急激に増加し、
その結果急増する。

このため、下流側の高圧復水ポンプの吸込圧力ｇ＋：、
減少し、キャビテーション運転に至る。

復水流量ｆが途中一時的に減少しているのは、このキャ
ビテーション運転により減少したものである。

このような急激な流量変動に伴なう等流量制御弁のバン
チングは最適値に設定したとしても避けられぬものであ
り、本発明においては、この制御系の欠点をなくすため
に、流量急変の先行信号Ｓを電磁弁２４に加えることに
より、等流量制御弁７所産開度に保持するのである。

第６図は沸騰水型原子カプラントにおける本発明の一実
施例を示すブロック線図であり、復水流量急変の先行信
号のいずれかにより復水浄化装置の等流量制御弁の開度
をその位置にロックするか又は全開位置とするものであ
る。

弁開度をその位置にロックとするか全開位置にするかは
、清浄な塔に流れる過大流量が許容できるかによる。

復水流量急変の先行信号は、プラント全体の負荷急変に
よるものとして原子炉スクラム、タービン負荷急変等が
あり、復水給水系の流量変動によるものとして低圧復水
ポンプ、高圧復水ポンプ、給水ポンプのトリップ等があ
り、これらは復水浄化装置が設置される原子カプラント
や火力プラントの運転特性によって選定される。

ロックのリセツトは、プラント運転で予想される過度現
象時間に見合ったタイマー４１により決定される。

このインターロックにより、復水流量の急変があっても
、等流量制御弁は閉方向に動くことがないので、等流量
制御弁の絞りによる母管差圧上昇が防止され、下流側ポ
ンプのキャビテーション運転が防止される。

第１図は復水流量急変の先行信号により等流量制御弁７
を全開にする構構を示す。

制御弁１の弁棒３２及び弁体３３は、弁アクチユエータ
２９内に装備されたばね３１により常に開方向の力を与
えられている。

通常運転中は、ポジショナ３０のリレー３９からの操作
空気圧がライン４３を介し゛〔弁アクチユエータ２９の
ダイヤフラム３５にかかり、弁棒３２を押し下げ、電磁
弁２４を介した制御信号に見合った開度に弁体３３を保
持している。

ポジショナ３０のビーム及び７ラツパ部３６、カム３７
、ベローズ３８及び電磁弁３９は、この制御信号に応じ
た空気圧をダイヤフラム３５に加えるためのものである
。

本発明においては、流量急変の先行信号にて電磁弁２４
の開閉位置を変えて制御信号を遮断し、ベローズ３８へ
の空気を排気する。

それによってビームと７ラッパ部３６がリレー３９のノ
ズル部から離れ、弁アクチユエータ２９への操作空気が
排気され、空気圧喪失となり、ばね３１の力により弁は
全開となる。

なお、弁アクチユエータ２９への操作空気ラインに二方
口電磁弁４０を設け、流量急変の先行信号により閉塞し
て空気圧を保持すれば、その位置のロックとなる。

上記のインターロック機構に、等流量制御弁に最小開度
を制限する機械式ストツパ３４を設けることが考えられ
る。

これは、第３図に示すように、清浄な塔の等流量制御弁
の開度は約６０〜６５チと小さくなり、流量が少なくな
る程開度が小さくなる。

これは等流量制御弁、配管弁の損失が流量の２乗に比例
するのに較べ、浄化塔の差圧は流量の約１．５乗に比例
するためである。

このような低開度で制御状態にあり、一時的に５０％開
度に閉った状態で流量急変があると、第３図から解るよ
うに差圧が増加する。

機械式ストツパ３４は、等流量制御弁の過大差圧を防止
するもので、容易に取付けうる。

最小開度制限値は通常６０〜７０チ程度に選定されるが
、これによって清浄な塔の流量が多少増加し、オフセン
トが残る場合がある。

しかしこのばらつきは、等流量制御装置の目的であるプ
リコート時期を定期的にするという点からは問題ではな
い。

以上に説明したように、本発明は、復水流量急変の先行
信号で等流量制御弁の開度を所定の開度に保持するよう
なインターロック機構を設けたので、復水浄化装置の母
管差圧の異状上昇を防止でき、復水浄化装置のキャビテ
ーション運転を防止することができる。

また、例えばタービンの負荷急変のように復水流量を急
変させるような場合にも原子炉スクラムのような重大事
態の発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は復水浄化装置を含む火力発電プラントの復水給
水系統の一例を示す図、第２図は復水浄化装置のうち浄
化塔の運転特性の一例を示す図、第３図は等流量制御弁
の圧力損失特性の一例を示す図、第４図は本発明による
インターロック機構を含む復水浄化装置の等流量制御装
置の−ｆＯを示す系統図、第５図は過渡現象時の等流量
制御装置の応答を説明する曲線図、第６図は本発明によ
るインターロック機構の一実施例を示すブロック線図、
第７図は等流量制御弁の開閉機構を示す図である。 符号の説明、５・・・・・・復水浄化装置、６・・・・
・・浄化塔、７・・・・・・等流量制御弁、１４・・・
・・・復水入口母管、１５・・・・・・復水入口弁、１
６・・・・・・復水出口弁、１７・・・・・・復水出口
母管、１８・・・・・・復水バイパス管、２０・・・・
・・流量検出器、２１・・・・・・流量コントローラ、
２２・・・・・・マスターコントローラ、２３・・・・
・・低値選択器、２４〜２６・・・・・・電磁弁、２７
・・・・・・スピードコントローラ、２８・・・・・・
ポリウムチャンバ、２９・・・・・・アクチュエータ、
３０・・・・・・ポジショナ、３１・・・・・・ばね、
３２・・・・・・弁棒、３３・・・・・・弁体、３ら・
・・・・・ダイヤフラム、３６・・・・・・ビーム及び
７２２７部、３７・・・・・・カム、３８・・・・・・
ベローズ、３９・・・・−・リレー、４１・・・・・・
タイ下−１４２・・・・・・母管差圧検出器。 （

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 復水系統上に設置されたポンプ装置の上流側に複数
   台の復水浄化塔を並列に設置し、各復水浄化塔には各復
   水浄化塔に等量の復水を流すための等流量制御弁を直列
   に設けた復水浄化装置において、復水流量急変の先行信
   号により前記等流量制御弁の開度を所定の開度に保持す
   るインターロック機構を設けたことを特徴とする復水浄
   化装置の等流量制御装置。 ２ 前記等流量制御弁に、最小開度を制限する機械的ス
   トツパを設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の復水浄化装置の等流量制御装置。